EP3259549A2 - Leuchtspurmunition - Google Patents

Description

Leuchtspurmunition

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtspur munition nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. In militärischen Übungen und Einsätzen wird oft Leuchtspurmunition verwendet , um den Schützen und/oder der Einsatzleitung eine Trefferoptimierung zu erlauben . Als Leuchtmittel werden meist pyrotechnische Brennstoffsätze verwendet, von denen die meisten toxisch sind. Eine gattungsgemässe Leuchtspurraunition, basierend auf Magnesium und Strontiumperoxid ist aus dem US-Patent Nr .

4,597,810 bekannt.

Nachteilig sind pyrotechnische Mischungen aus zahlreichen Gründen: Ihr Einsatz verursacht oft Flächenbrände und/oder schwere Verletzungen (Verbrennungen) ; SchwermetallZusätze in Pyrotechnika verursachen zudem nachhaltige Umweltschäden; beim Transport werden sie als Gefahrengut eingestuft und erfordern besondere Transportmittel; sie sind relativ aufwändig und kostspielig in ihrer Herstellung; die Be- Schaffung der Rohstoffe ist kostenintensiv. Besonders nachteilig ist die beträchtliche Änderung der Aussenballi- stik dieser Art Geschosse als Folge des Abbrands der Pyrotechniksätze und der damit verbundenen Schwerpunktverlagerungen. Dadurch wird die eigentliche Aufgabe von Leucht- spurmunition nicht erfüllt , nämlich die Erhöhung der Treffergenauigkeit der Ordonnanzmunition durch deren Ergänzung mit Leuchtspurmunition geht weitgehend verloren. Dementsprechend wurden zahlreiche Alternativen, mit mehr oder weniger Erfolg eingesetzt, wie Chemolumineszenz (US - Bl- 6,497,181), batteriegespeiste LEDs, Light Emitting Dio- des, (US -AI- 2004/0099173) und HLA - hybride Lumineszenz aus Photo- und/oder Tribolumineszenz-materialien (US -Bl- 8, 402,896) .

Aus der US -PS- 8,007,608 ist eine Infrarot-Leuchtspurmunition bekannt, welche ein Pellet beinhaltet das aus einer "Tracer Ignition composition" , welche Bor und als Sauer- stoffträger Kaliumperchlorat und eine leuchtende "Tracer composition" enthält. Letztere besteht vorwiegend aus Magnesium und kohlenstoffhaltigen Polymeren und dient als Brennstoff . Munition mit Sauerstoffträgem hat den eingangs erwähnten Nachteil, dass diese auch im Ziel weiterbrennt bis der integrierte Sauerstoffträger aufgebraucht ist, was zu sehr schlimmen Verletzungen führen kann und zudem allgemein brandgefährlich ist.

Im Weiteren ist aus der US H 489 ein Projektil mit einer axialen Bohrung bekannt , welches einer einfachen Spektral- analyse dient, in dem einer grosszügig dimensionierten pyrotechnischen Mischung durch die Längsbohrung Sauerstoff in den Heckbereich geführt wird und dort eine entsprechend grosse Flamme erzeugt . Diese soll das Vorhandensein von Chlorverbindungen, Senfgas, Phosgen, Tränengas etc. durch Farbänderungen detektierbar machen . Auch dieses Projektil brennt beim Auftreffen auf den Boden und/oder einen Gegenstand weiter .

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leuchtspurmunition zu schaffen, welche eine sichere Flugverfolgung (Tracing) ge- währleistet und trotzdem weniger brandgefährlich ist. Ins- besondere soll sie bei Treffern im Ziel erlöschen und keine Umweltschäden durch toxische Bestandteile verursachen. Die Aussenballistik eines mit einem "Tracer" ausgerüsteten Geschosses soll sich nicht oder nur minimal von einem übli- chen Seriengeschoss unterscheiden. Dabei sollen keine Sauerstoffträger bzw. pyrotechnische Mischungen eingesetzt werden.

Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. überraschenderweise entzündet sich eine Mischung aus

Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung und wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Substrat beim Abschuss eines patronierten, erfindungsgemässen Geschosses . Der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff wird einzig durch eine geeignete Ausgestaltung des Geschosses, während dessen Flug, der Brennstoffmischung zugeführt.

In nachfolgenden abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des ErfindungsgenStands beschrieben .

Experimentell erprobt wurden BrennStoffmischungen gemäss Anspruch 2 , auf der Basis von Magnesium und Titan . Das kohlenstoffhaltige Substrat nach Anspruch 3 erhöht die Brenndauer der Leichtmetall-Legierung und ermöglicht damit eine Verfolgung der Leuchtspur eines Geschosses über dessen gesamten Einsatzbereich .

Die in Anspruch 4 erwähnte Abrisskante führt zu einer in- tensiven Wirbelbildung im Brennstoff bereich des Geschosses und versorgt dadurch den Brennraum mit Luftsauerstoff . Geeignete Ausgestaltungen des Brennraums sind Anspruch 5 zu entnehmen, wobei die Brennstoffmischung und die Schwerpunktlage des Geschosses bei der Wahl der Abmessungen zu berücksichtigen sind. Die Leuchtspurmunition nach Anspruch 6 ist aerodynamisch günstig, jedoch in ihrer Herstellung relativ teuer.

Der Diffusor nach Anspruch 7 wirkt als solcher im Überschallbereich und erlaubt eine aus fabrikationstechnischen Gründen erwünschte Vergrösserung des Durchmessers der zen- tralen Längsbohrung (Anspruch 6) .

Vorteilhaft ist eine hülsenförmige Ausbildung des Brennstoffs, weil damit dessen Abbrand in gewissen Grenzen steuerbar ist; insbesondere wenn dieser sandwichartig, konzentrisch geschichtet ist. Die in Anspruch 10 aufgezeigten Abmessungen sind auf eine Kleinkalibermunition, Anspruch 11, abgestimmt.

Für relativ langsam fliegende Geschosse - bis etwa Mach 1.1 - sind Querbohrungen nach Anspruch 12 und 13 geeignet .

Querbohrungen die paarweise zu einander um wenige Millime- ter versetzt sind erhöhen die Zuverlässigkeit des Abbrands der Brennstoffmischung, weil sie die Effekte der Taylor- Wirbelströmung kompensieren; Anspruch 14.

Der Einsatz von Querbohrungen ist insbesondere bei einer Mittelkalibermunition nach Anspruch 15 vorteilhaft . An Hand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbei- piele der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein erfindungsgeraässes Kleinkalibergeschoss mit seiner konventionellen Patrone und Schussladung, in Schnittdarstellung, Fig. 2 eine Variante eines Geschosses, dargestellt nach dem Verlassen der Patrone, in Schnittdarstellung,

Fig. 2a eine stirnseitige Ansicht des Geschosses nach

Fig. 2,

Fig. 2b eine Teilschnittdarstellung des Geschosses nach

Fig. 2 und Fig. 2a,

Fig. 3 eine weitere Variante eines Geschosses, während dessen Flug im Bereich der Schallgeschwindigkeit, in Schnittdarstellung,

Fig . 4 eine. Weiterentwicklung des Geschosses nach Fig. 3 und

Fig. 4a eine Darstellung in einem Quer-Schnitt durch das

Geschoss nach Fig . 4.

In Figur 1 ist mit 1 das Geschoss einer Kleinkaliber- Leuchtspurmunition bezeichnet . Die Front des Geschosses ist, wie üblich als Ogive ausgebildet und in seiner Äussen- ballistik weitgehendst identisch mit einer notorisch bekannten Ordonnanzmunition. Heckseitig ist im Geschoss 1 ein Brennraum 5 vorgesehen, in dem ein Brennstoff 5 ' eingesetzt ist und der mit einer brennbaren Dichtungsscheibe 6 abge- dichtet ist . Der Brennraum 5 weist eine scharfkantige Bohrung auf, welche als Abrisskante 7 dient und im Flug eine Wirbelbildung erzeugt, welche den Brennstoff 5' mit Luftsauerstoff versorgt.

Das Geschoss 1 ist in üblicher Weise patroniert; dargestellt ist in einem Teilschnitt die Patrone 9 mit ihrer Schussladung (Treibladung) 10.

Diese Ausführungsform hat den grossen Vorteil, dass gegenüber der massenfabrizierten Ordonnanzmunition nur minimale Änderungen am Geschossheck, durch den Einbau eines Brennraums mit Brennstoff 5' und Dichtungsscheibe 6, erforder- lieh sind .

Als Brennstoff dienen Leichtmetalle wie Magnesium oder Titan, die zur Vergrösserung der Oberfläche in Pulver oder spanform zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Substrat, wie Baumwolle, Graphitfasern oder Nitrobaumwolle eingelegt sind. Das Leichtmetall oder dessen Legierung kann auch in Form von Pulver, Schaum oder Folien, zusammen mit einem Substrat in gleicher oder anderer Form zu einer "Brennstoffpille" verarbeitet sein. Um über eine Schussdistanz von 300 m einen ausreichenden Leuchteffekt zu erzielen ge- nügt beispielsweise eine Füllmenge vom 30 mg Magnesium und 30 mg Kohlefasern.

Der beim Abschuss von der Ladung (Schussladung/Treibladung) erzeugte typische Druck P in einer Kleinkalibermunition mit Kaliber 8.5 mm beträgt 350 bis 500 Mpa . Die Gastemperatur bewegt sich im Bereich von 2500 °C bis 3000 °C. Die übliche Abschussgeschwindigkeit beträgt 850 m/s bis 950 m/s . Drallstabilisierte Kleinkalibermunition rotiert bekanntlich mit Drehzahlen von bis zu 250' 000 1/min. Es ist erstaunlich, dass die vorerwähnten relativ niedrigen physikalischen Werte zur Initiierung des Brennstoffs genügen und die Brennstoffmischung während des ganzen Flugs des Geschosses - ohne inhärenten Sauerstoffträger - brennt und zur Zielverfolgung ausreichend leuchtet.

In nachfolgenden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 2 ist ein zu Fig. 1 alternatives Geschoss 1' vom Kaliber 8.5 mm, im Zustand des Abschusses dargestellt. Der Druck P ist als Doppelpfeil eingezeichnet, wobei hier das Geschoss 1' bereits aus der Patrone gepresst ist. Die im nicht dargestellten Gewehrlauf vorhandene hohe Gastemperatur entzündet die Dichtungsscheibe 6 und damit auch den hier hülsenförmigen Brennstoff 5'. Die SauerstoffVersorgung des Brennstoffs 5' erfolgt über einen fronseitigen Überschalldiffusor 8 und eine Bohrung 3, welche in einer Turbulenzbohrung 4 endet. Die Bohrung 3 hat einen Durchmesser dl von 1 mm; die Turbulenzbohrung besitzt einen Durchmesser d2 von 3 mm, während der Brennraum 5 einen Durchmesser D von 5 mm aufweist . Der Durchmesser-Sprung von dl zu d2 wirkt als Abrisskante und bewirkt die notwendigen Turbulenzen um den Brennstoff 5' ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen.

Die vorgängig beschriebene Innenventilation des Geschosses nach Fig. 2 ist an sich bekannt aus der DE -AI- 102 32 441, wonach ein axialer Kanal zur Vergrösserung von dessen

Reichweite und zu einer verbesserten Aussenballistik führen soll. - Diese Hypothese ist hier nicht von Bedeutung; die zentrale Längsbohrung 3 dient der SauerstoffVersorgung der erfindungsgemässen Brennstoffmischung . Fig. 2a und Fig. 2b zeigen den Überschalldiffusor 8 und die Bohrung 3, wobei Fig. 2b eine Teilschnittdarstellung A - A ist .

In Fig. 3 ist ein in Flug befindliches Mittelkaliberge- schoss 1" in Schnittdarstellung aufgezeigt. Hier handelt es sich um eine Variante zum Beispiel nach Fig. 2 , wo der Luftsauerstoff durch den Staudruck p durch Bohrungen 3' in die Turbulenzbohrung 4 einströmt . Zur konzentrischen Intensivierung der zum Abbrand des Brennstoffs 5' günstigen Tur- bulenzen sind in Fig. 3 und in Fig. 4, analog zu Fig. 2, ebenfalls Abrisskanten 7 vorgesehen . Der Winkel zwischen den einander gegenüber liegenden Bohrungen 3' beträgt α = 160°. Die Flugrichtung ist mit F bezeichnet ; die Lichtstrahlen mit L, wobei in diesem Zustand die vorher vorhan- dene Dichtungsscheibe 6 bereits verbrannt ist.

Während die Äusführungsbeipiele nach Fig. 1 und Fig. 2 Geschosse mit mindestens 2.5-facher Schallgeschwindigkeit betreffen, beziehen sich die Fig. 3 und Fig. 4 auf solche im Schallbereich . Dementsprechend ist hier jeweils eine

Schockwellefront ShW eingezeichnet , die in dem Fall hinter den Bohrungen 3 ' bzw. 3" (Fig. 3 und Fig . 4) liegen muss, damit die erforderliche Innenventilation entsteht . Daraus ergibt sich, dass diese Aus führungsbeispiele nur bis etwa Mach 1.1 geeignet sind, was in etwa bei Mittelkaliber- geschosen zutrifft .

Das Beispiel nach Fig . 4 trägt dem Umstand Rechnung, dass bei drallstabilisierten Geschossen Taylor-WirbelStrömungen (TVF - Taylor vortex flow) entstehen, die bei auf der gleichen Umfangs-Kreislinie liegenden Bohrungen 3' zu Störungen der Sauerstoffzufuhr führen können . Durch ein Versetzen der Bohrungen 3' zu den Bohrungen 3", siehe Fig. 4, um 1.5 mm kann diese Gefahr eliminiert werden. In der Teilschnittdarstellung B - B, Fig. 4a, erkennt man die horizontalen Querbohrungen 3" als hinter den vertikalen Bohrungen 3' lie- gend.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, dass zahlreiche konstruktive Ausgestaltungen möglich sind, welche eine Optimierung der Geschossballistik und insbesondere der sich im Flug veränderten Schwerpunktslage des Ge- schosses Rechnung tragen. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, dass die externe Zufuhr von Luftsauerstoff nur geringe Brennstoff Mengen erfordern und diese grundsätzlich am Ort des Massenschwerpunktes einbringbar sind.

Der Erfindungsgegenstand verhindert schwere Brandverlet zun- gen (Wundballistik! ) durch Ersticken der Flammen bei fehlender Sauerstoffzufuhr im Ziel, was einen beträchtlichen Fortschritt gegenüber konventionellen Leuchtspursätzen ergibt.- Es musste leider festgestellt werden, dass Munition mit einem integrierten Sauerstoffträger, insbesondere Pyro- technika auch im menschlichen Körper weiterbrennt, bis der Sauerstoff aufgebraucht ist, was zu sehr schlimmen Verletzungen führt .

B e z e i c h n u n g s l i s t e

1,1', 1" Kleinkalibergeschoss (Gewehrpatrone 6,5 mm)

2 Ogive

3 zentrale Längsbohrung

3 ' Querbohrung

3" gegenüber 3' versetzte Querbohrung

4 Turbulenzbohrung

5 Brennraum

5 ' Brennstoff / Brennstoffhülse

6 Dichtungsscheibe (Gasdichtung, Brennbar)

7 Abrisskante (scharf)

8 Überschalldiffusor

9 Patronenhülse

10 Schussladung (Treibladung) α Winkel zwischen Bohrungen 3'

d1 Bohrung von 3

d2 Bohrung von 4

D Aussendurchmesser von 5

F Flugrichtung

L Lichtstrahlen (Strahlenbündel)

P Gasdruck bei Abschuss

p partieller Staudruck

ShW Schockwellenfront

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Leuchtspurmunition bestehend aus einer Patrone mit Anzündhütchen, Treibladungspulver und einem in die Patrone eingesetzten Geschosskörper mit heckseitiger Bohrung und einer darin eingelegten Brennstoffmischung mit heckseitiger, brennbarer Gasdichtung welche sich beim Abschuss des Geschosses entzündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffmischung ei nerseits aus Leichtmetall oder einer Leichtmetall- Legierung in Form von Pulver und/oder Spänen, Schaum oder Folien und anderseits aus wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Substrat besteht und dass im Geschoss oder am Geschoss wenigstens eine Abrisskante vorgesehen ist, welche die Brennstoffmischung mit Luftsauerstoff versorgt.

2. Leuchtspurmunition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Leichtmetall aus Magnesium oder Titan oder aus deren Legierungen besteht.

3. Leuchtspurmunition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Substrat einen gegenüber dem Leichtmetall niedrigeren Brennwert aufweist.

4. LeuchtSpurmunition nach Anspruch 1, dadurch gekenn^¬ zeichnet, dass im Heckbereich des Geschosses ein Brennraum (5) mit einer konzentrischen Abrisskante (7) vorgesehen ist.

5. Leuchtspurmunition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Brennraum (5) als Sackioch ausge- bildet ist, einen Durchmesser von 2.0 bis 9.0 mm und eine Länge von 2.0 bis 11.0 mm aufweist .

6. LeuchtSpurmunition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Längsbohrung (3) in einen heckseitigen Brennraum (5) mündet.

7. Leuchtspurmunition nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Längsbohrung (3) frontseitig ein Überschalldiffusor (8) vorgesehen ist.

8. Leuchtspurmunition nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (3) im Obergang zum Brennraum (5) eine Abrisskante (7) bildet .

9. Leuchtspurmunition nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff ( 5 ' ) hülsenformig ausbildet ist .

10. Leuchtspurmunition nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (3) einen Durchmesser (dl) von 0.7 bis 3.0 mm, die Turbulenzbohrung (4) einen Durchmesser (d2) von 2.0 mm bis 6.0 mm und der Brennraum ( 5 ' ) einen Durchmesser (D) von 6.0 mm bis 11.0 mm aufweisen.

11. Leuchtspurmunition nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Kleinkalibermunition ist.

12. Leuchtspurmunition nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dass vor der zu erwartenden Schockwel- lenfront ( ShW) wenigstes zwei einander gegenüberliegende Querbohrungen ( 3 ' ) vorhanden sind, welche in einer Turbulenzbohrung (4) münden und in dies einen partiellen Staudruck (p) einleiten .

13. Leuchtspurmunition nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (3 ' ) in einem Winkel (ot) von 120° bis 180° angeordnet sind.

14. Leuchtspurmunition nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei einander gegenüberliegende Bohrungen ( 3 ' ; 3" ) zu einander um wenigstens 1 mm versetzt sind.

15. Leuchtspurmunition nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mittelkalibermunition ist .